MCSDK FOC应用详解

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cs.peng 发布时间：2019-2-16 15:32

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上传一份个人觉得十分有助于理解ST MCSDK的FOC原理及应用的文档，虽然它是以FOC2.0为版本的。

FOC控制算法：
FOC控制的其实是电机的电磁场方向。转子的转子力矩正比于定子的磁场向量与转子磁场矢量的矢量积。由矢量的关系可知，若使电机的转矩时刻保持最大，则定子磁场向量应与转子磁场向量相互垂直。又因为磁场的大小与方向与电流的大小与方向有着直接的关系，所以在用FOC控制算法控制BLDC时的关键就是控制三相输入的电流大小与方向。而控制电流产生定子磁场与转子磁场垂直的关键在：控制稳定的三相输入电压及其电流向量，并且我们得知道转子的实时位置。
输入电流的方向控制，FOC给出了空间电流矢量的概念。其实质是将三相的电流矢量结合，再分解为垂直和平行于转子磁体轴方向的两个分量即d-q结构。垂直方向的电流分量所产生磁场正交于转子的磁场，这就产生了旋转力矩。而平行于转子磁轴方向的电流分量，所产生的磁场与转子磁场一致，就不会产生任何的力矩。另外，一个好的控制算法就需要使这个平行于转子磁轴方向的电流分量尽量最小化，因为，这个电流分量只会使电机产生多余的热量，并加剧轴承的磨损。我们需要控制线圈的电流，以使垂直于转子磁轴方向的电流分量达到最大。由此而得到的电机力矩和这个电流分量的大小成比例。
为了使与转子磁场同向的定子电流矢量最小化（为零）且垂直的磁场最大化，定子线圈内的弦波电流需要随着转子的转动角度实时地进行相位调整。控制稳定的三相电流输入可以建立P-I控制器，P-I控制是在不停的调制输入，一旦电机电流被转化成d-q结构，控制将变得非常简单。我们需要两路P-I控制器；一个控制平行与转子磁场的电流，一个控制垂直向电流。因为平行向电流的控制信号为零，所以这就使电机平行向的电流分量也变成零，这也就驱使电机的电流矢量全部转化为垂直向的电流。由于只有垂直向电流才能产生有效的力矩，这样电机的效率被最大化。另一路P-I控制器主要用来控制垂直向的电流，以获得与输入信号相符的需求力矩。这也就使垂直向电流按照要求被控制以获得所需的力矩。
转子的实时位置的确定有两种情况：有位置传感器、无位置传感器。对于有传感器，由于电机的传感器（一般为编码器）能反馈电机转子的位置信息，因此在控制中可以不使用位置估算算法，控制起来相对无传感器简单，但是对带传感器的电机应用来说，往往对控制性能要求较高。对于无传感器，由于电机不带任何传感器，因此不能通过简单读取传感器的测量值来得到电机转子的位置信息，所以在控制中需要通过采集电机相电流，使用位置估算算法来计算转子位置。

FOC控制原理图：